《Ni-W-P/Cu雙鍍層無鉛焊點界面微結構及其剪下失效行為》是依託南昌大學，由胡小武擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Ni-W-P/Cu雙鍍層無鉛焊點界面微結構及其剪下失效行為
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：胡小武
- 依託單位：南昌大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鍍Ni-P層無鉛焊點界面出現的脆性富P層、界面化合物剝落及鍍層被破壞等問題嚴重製約了其作為阻擋層作用的發揮和套用。因此，為了解決這一系列問題，本項目提出採用化學鍍Ni-W-P/電鍍Cu雙鍍層技術製備高可靠性Sn58Bi無鉛互連焊點，圍繞焊點界面微結構及其剪下失效行為的基礎科學問題展開研究。探究焊點界面反應、微觀結構、結合機理、金屬間化合物（IMC）生長動力學及抑制IMC剝落機理；從界面分形理論新視角，重點研究雙鍍層焊點IMC/焊料界面的分形特徵，建立焊點不規則界面分形特徵與焊接工藝或時效參數的關係；測試Ni-W-P單、雙鍍層焊點的剪下強度並進行對比分析，明晰雙鍍層焊點的強化效果；進一步探討雙鍍層焊點界面剪下變形機制、裂紋擴展和斷裂機理；定量描述雙鍍層焊點剪下強度及其失效行為與界面IMC尺度、形態和分形特徵之間的關係。項目有助於高可靠性互連焊點的設計與製造，具有較大的科學意義和套用價值。
結題摘要
電子元器件中無鉛錫基互連焊點的可靠性問題已經成為電子封裝可靠性研究的重點內容之一，特別是關於焊點的界面形貌、微觀結構與其可靠性的相互關係，使得這一部分更加受關注。當前SnAgCu系無鉛釺料已經在電子封裝領域內得到廣泛套用，但在套用中依然有焊點可靠性問題值得深入研究。本項目選擇套用較廣的Sn-3Ag-0.5Cu（SAC305）無鉛釺料作為實驗使用的焊料。 採用120 oC、180 oC和200 oC三個不同的固態時效溫度對SAC305/Cu焊點進行老化實驗，實驗結果表明，回流焊後焊點界面只有扇貝狀Cu6Sn5金屬間化合物（IMC）出現，而在隨後的時效中才發現Cu3Sn相出現。在中低溫度時效條件下，初始的扇貝狀Cu6Sn5 IMC轉化為平坦層狀，但在高溫時效條件下，轉化為駝峰狀。界面IMC的駝峰形貌主要形成原因是IMC表面Cu原子的異質形核的累積生長主宰了界面的生長形式。界面Cu6Sn5和Cu3Sn相的生長與時效時間的平方根成線性關係，即表明在時效過程中IMC的生長遵循體擴散機制。經計算，焊點界面總IMC、Cu6Sn5和Cu3Sn的激活能分別為115.2、122和98 kJ/mol。 對SAC305/Cu-Ni(P)/Cu雙鍍層焊點在250 oC下回流10分鐘後進行不同溫度的固態時效且觀察其在高溫時效過程焊點界面的形貌變化。實驗結果表明，在150 oC時效條件下，1.19 µm厚度的鍍層依然具有很好的屏障作用。隨著時效溫度和時間的延長，鍍層的厚度逐漸變薄甚至消失。在接近熔點的210 oC固態時效條件下，鍍層變薄並消失的速度很快且在之後抑制界面相互擴散的效果不再明顯，這與鍍層厚度有關。界面形成新的化合物(Cu,Ni)6Sn5。與無鍍層焊點的界面比較，雙鍍層對於界面化合物的生長具有非常明顯的抑制效果。 針對純銅板、鍍Ni(P)基板和雙鍍層基板的焊點性能評估採用了剪下實驗。實驗結果表明，鍍Ni(P)基板焊點的剪下強度則隨著時效時間的延長而逐漸減小，雙鍍層基板焊點的力學性能變化則比較平緩，因其雙層阻擋擴散作用使得界面IMC生長緩慢，導致界面IMC並沒有過厚增長。焊點界面斷裂位置大量的出現在IMC內部，無論時效時間的長短，雙鍍層界面中的IMC剪下強度數值穩定在21 MPa左右，雙鍍層焊點體現出良好的熱穩定性。
